基于自動(dòng)鉆鉚機(jī)的飛機(jī)柔性工裝設(shè)計(jì)技術(shù)

◎馬吉川

在飛機(jī)制造中，鉆鉚裝配是一道重要工序。由于近年來(lái)對(duì)飛機(jī)裝配的效率、精度等各方面提出了更為嚴(yán)格的要求，原來(lái)的鉆鉚裝配方式已經(jīng)無(wú)法滿足新時(shí)期的工作需要，在這一背景下自動(dòng)鉆鉚機(jī)逐漸得到了推廣使用。本文提出了一種基于自動(dòng)鉆鉚機(jī)的飛機(jī)柔性工裝系統(tǒng)，主要包括終端控制部分、動(dòng)力系統(tǒng)、自動(dòng)送釘模塊、定位監(jiān)測(cè)模塊等，現(xiàn)就各個(gè)部分的設(shè)計(jì)技術(shù)和功能實(shí)現(xiàn)展開簡(jiǎn)要分析。

一、飛機(jī)柔性工裝設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.自動(dòng)鉆鉚機(jī)工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

在飛機(jī)壁板裝配中，自動(dòng)鉆鉚機(jī)是一種常用的設(shè)備。但是以往使用的設(shè)備體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除了會(huì)占用較多的裝配空間外，還存在故障發(fā)生率較高的問題。在實(shí)際工作中，對(duì)飛機(jī)裝配的效率、精度等都會(huì)造成不同程度的負(fù)面影響。因此，為了更好的滿足飛機(jī)裝配需求，近年來(lái)對(duì)于自動(dòng)鉆鉚機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了持續(xù)優(yōu)化，包括使用精密度更高、體積更小的微型零部件，代替原來(lái)較大的零部件，以及進(jìn)一步提高自動(dòng)化控制水平等。目前，無(wú)架型的自動(dòng)鉆鉚機(jī)基本上能夠滿足飛機(jī)裝配對(duì)于空間、效率和進(jìn)度的要求。

2.預(yù)裝配技術(shù)的靈活應(yīng)用。

常規(guī)的預(yù)裝配技術(shù)，需要人工將組件固定在工位上，然后完成制孔和鉚接。進(jìn)行下一工件的預(yù)裝配時(shí)，由于形狀、體積發(fā)生了改變，需要重新調(diào)整工裝組件，這樣就增加了工序，而且也不利于對(duì)預(yù)裝配精度的控制?；谧詣?dòng)鉆鉚機(jī)的柔性工裝設(shè)計(jì)，可以根據(jù)組件的形狀、參數(shù)變化，自動(dòng)完成定位與夾緊。這樣就避免了人工反復(fù)調(diào)整導(dǎo)致的誤差，并且在裝配效率上也有了明顯的提升。

3.柔性裝配系統(tǒng)的推廣使用。

在現(xiàn)階段的飛機(jī)裝配中，柔性工裝技術(shù)得到了推廣應(yīng)用?，F(xiàn)代飛機(jī)中使用的各類組件數(shù)量多、種類雜，柔性工裝設(shè)計(jì)能夠利用掃描設(shè)備，自動(dòng)識(shí)別待加工、裝配的組件，然后柔性裝配系統(tǒng)的控制終端，從數(shù)據(jù)庫(kù)中找到與之匹配的模型數(shù)據(jù)。自動(dòng)對(duì)組件進(jìn)行夾緊、固定，最后完成加工或組裝。柔性工裝技術(shù)的推廣使用，明顯的減輕了飛機(jī)裝配的工作壓力，同時(shí)該系統(tǒng)與自動(dòng)鉆鉚機(jī)等設(shè)備配合使用，也極大程度上改善了飛機(jī)生產(chǎn)能效，這對(duì)于維護(hù)飛機(jī)制造公司的經(jīng)濟(jì)效益也有積極的幫助。

4.柔性工裝的模塊化設(shè)計(jì)。

在柔性工作設(shè)計(jì)中，如果對(duì)每一種類型的組件單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，除了會(huì)延長(zhǎng)整個(gè)裝機(jī)周期外，也會(huì)因?yàn)槟苄У拖露绊懡?jīng)濟(jì)效益。基于自動(dòng)鉆鉚機(jī)的柔性工裝設(shè)計(jì)，則采用了模塊化設(shè)計(jì)。將那些型號(hào)雖然不同，但是有一定關(guān)聯(lián)性、相似性的組件，劃分成獨(dú)立的功能模塊單元。經(jīng)過(guò)模塊化設(shè)計(jì)處理，可以保證不同組件之間保持較高的兼容性，在進(jìn)行組裝后，有利于增加飛機(jī)整體協(xié)調(diào)性，對(duì)提高制造質(zhì)量方面效果顯著。另外，模塊化設(shè)計(jì)在降低組件的生產(chǎn)生本等方面也發(fā)揮了一定作用。

二、基于自動(dòng)鉆鉚機(jī)的飛機(jī)柔性工裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.控制模塊的組成。

控制系統(tǒng)是對(duì)具體的鉆鉚機(jī)作業(yè)形式進(jìn)行直接控制的系統(tǒng)，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，是借助PMAC、GEFanuc和CNC控制系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆鉚機(jī)裝配動(dòng)作的控制。其中PMAC系統(tǒng)的主要作用是對(duì)鉆鉚機(jī)的循環(huán)作業(yè)動(dòng)作進(jìn)行控制，而GEFanuc系統(tǒng)則是對(duì)鉆鉚機(jī)的鉆鉚過(guò)程和定位過(guò)程實(shí)行的控制。最主要的就是CNC系統(tǒng)，可以在作業(yè)前期輸入壁板組件的裝配流程，在具體裝配作業(yè)中，起到控制裝配流程的重要作用。

2.動(dòng)力模塊的組成。

鉆鉚機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)提供整個(gè)鉆鉚裝配工藝過(guò)程相應(yīng)的液壓、氣壓及電力等各種源動(dòng)力，用于液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有液壓缸，電液比例控制閥、蓄能器、下鉚頭及升降梯控制等，液壓系統(tǒng)提供大量的穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。電氣系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)主要有伺服電機(jī)、控制元件、液壓控制卡、上下鉚頭安裝、自動(dòng)換刀庫(kù)的控制及自動(dòng)送釘系統(tǒng)元件。氣壓裝置用于供應(yīng)鉆鉚裝配系統(tǒng)所需的潤(rùn)滑、注膠及鉚釘?shù)倪\(yùn)送等。

3.定位與夾緊模塊的組成。

鉆鉚機(jī)在柔性裝配中，除了要保證能夠夾緊工件外，在鉆孔過(guò)程中也需要保證自身的穩(wěn)定性。因此，基于自動(dòng)鉆鉚機(jī)的柔性工裝系統(tǒng)，可以根據(jù)工件位置、大小的變化，自動(dòng)的對(duì)鉆鉚機(jī)的角度、位置等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保自動(dòng)鉆鉚機(jī)始終能夠精準(zhǔn)定位。在工件夾持方面，在夾緊模塊中加入了壓力傳感器，用以判斷組件的夾緊情況。根據(jù)傳感器反饋的實(shí)施參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)控。這樣既可以避免因?yàn)閵A緊力不足，在鉆孔和鉚接時(shí)出現(xiàn)組件偏移而影響加工精度的問題，同時(shí)又能夠防止因?yàn)閵A緊力過(guò)大，而造成組件表面受損、變形等問題。

4.鉆孔與鉚接模塊的組成。

鉆孔與鉚接系統(tǒng)是鉆鉚機(jī)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，自動(dòng)完成飛機(jī)壁板制孔與鉚接裝置，保證飛機(jī)壁板制孔質(zhì)量。其主軸系統(tǒng)主要由伺服控制結(jié)構(gòu)控制主軸的轉(zhuǎn)速、換位（涂膠/銑平/壓鉚）。在主軸制孔過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)在主軸運(yùn)轉(zhuǎn)前后啟動(dòng)，通過(guò)精確控制潤(rùn)滑液與冷卻液的時(shí)間和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證刀具的耐用度和耐磨性。在制孔過(guò)程中吸碎屑系統(tǒng)及時(shí)收集產(chǎn)生的切屑，通過(guò)可編程控制器、輸出電路及手動(dòng)控制。在飛機(jī)蒙皮部分緊固件有密封性要求時(shí)，在制孔完成后通過(guò)控制器控制自動(dòng)涂膠裝置進(jìn)行涂膠。最終通過(guò)自動(dòng)送釘系統(tǒng)完成鉚釘?shù)难b配，主軸由液壓控制系統(tǒng)變換上鉚頭，下鉚頭上升完成鉚接。

5.自動(dòng)送釘模塊設(shè)計(jì)。

自動(dòng)送釘系統(tǒng)由裝訂器，儲(chǔ)備柜和鉚頭送釘器設(shè)備共同組成。在裝備結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，可以在系統(tǒng)內(nèi)部完成對(duì)鉚釘型號(hào)的調(diào)整。根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求，在自動(dòng)送釘技術(shù)的基礎(chǔ)上，也支持人工手動(dòng)送釘。采用這種組合方式，保證了能夠在自動(dòng)送釘出現(xiàn)錯(cuò)誤后，可以及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，保證了柔性工裝的連續(xù)性。另外，自動(dòng)送釘模塊功能的實(shí)現(xiàn)，還需要與定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行配合。這樣可以隨時(shí)檢測(cè)鉚釘裝配情況，然后調(diào)整自動(dòng)送釘?shù)乃俣取?/p>

三、結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代飛機(jī)柔性裝配中，對(duì)技術(shù)創(chuàng)新提出了更高的要求。自動(dòng)鉆鉚機(jī)的廣泛應(yīng)用，在提升裝配效率、降低裝配誤差以及提高制造質(zhì)量等方面，展現(xiàn)出了明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前基于自動(dòng)鉆鉚機(jī)的柔性工裝系統(tǒng)，基本上可以滿足飛機(jī)制造對(duì)于效率、精度等方面的需求。但是隨著飛機(jī)制造行業(yè)的革新與發(fā)展，今后還要繼續(xù)推進(jìn)柔性工裝設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。除了自動(dòng)鉆鉚機(jī)外，也要嘗試其他新型裝配設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用，在切實(shí)提高裝配質(zhì)量的基礎(chǔ)上，推動(dòng)我國(guó)飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展。